Ramanova mikro-spektroskopie

Ramanova mikro-spektroskopie
Zadání
1. Seznamte se s obsluhou příslušného typu Ramanova spektrometru (demonstrace a
dohled asistenta)
2. Proměřte zadaný vzorek a zhodnoťte vliv mikro-, nano- uspořádání na získaná data
(dohled asistenta)
3. Získané závěry shrňte ve formě krátkého, výstižného protokolu
Teoretický úvod
Ramanova spektrometrie je metodou vibrační molekulové spektroskopie, která byla
pojmenována po indickém fyzikovi Čandrašékharu Venkatau Ramanovi (Nobelova cena
1930). Profesor Raman společně s K. S. Krišnanem popsali v roce 1928 jev neelastického
optického rozptylu, který je základem metody. Jedná se o metodu vhodnou pro identifikaci
látek, při určování jejich složení a struktury. Používá se při analýze pevných látek (krystalické
i amorfní materiály, kovy, polovodiče, polymery atp.), kapalin (čisté látky, roztoky vodné i
nevodné), plynů, dále též při analýze povrchů (např. sorbenty, elektrody, senzory) či při
analýze biologických systémů (od biomolekul až po organismy). Své uplatnění Ramanova
spektroskopie nachází od mineralogie a geochemie, přes chemický a farmaceutický průmysl
až po biologii a lékařství.
Od svého objevu v roce 1928 až téměř do poloviny 70. let se však Ramanova
spektroskopie používala pouze pro studium makroskopických materiálů a sloužila tak
především k získávání informací o základních molekulárních vlastnostech (především
strukturních parametrech) látek. Limitujícím faktorem širšího využití metody byla až do
60. let 20. století absence zdroje intenzivního monochromatického záření. S využitím laseru,
vysokovýkonného budícího zdroje, pro excitaci Ramanova rozptylu se však objevila možnost
využít metodu také pro mikroanalýzu, protože vyšší zářivé toky, poskytované laserem, do
značné míry kompenzují pokles v počtu analyzovaných molekul. Využití laseru vytvořilo
z Ramanovy mikrospektroskopie jedinečnou metodu, která svými možnostmi předčila do té
doby známé techniky mikroanalýzy vzorku. Na rozdíl od nich totiž umožňuje selektivně
rozlišit chemickou formu jednotlivých složek mikroskopického vzorku. První komerčně
dostupný Ramanův mikro-spektrometr (mikroskop) se začal prodávat v roce 1977 pod
označením Mole (Jobin Yvon, Francie).
Mimo to byl v roce 1974 náhodně pozorován další optický jev, svázaný s Ramanovou
spektroskopií, u kterého se uplatňují nano- a mikro- strukturní motivy. Tímto jevem je
zesílení intenzity Ramanova rozptylu pro molekuly látek adsorbovaných na vhodných
kovových substrátech.
Podstatou Ramanova rozptylu je zářivý dvoufotonový přechod mezi dvěma stacionárními
vibračními stavy molekuly, jejichž energie jsou E1 a E2, vyvolaný interakcí s fotonem
dopadajícího záření o frekvenci ν0 > | E2 - E1 | / h, kde h je Planckova konstanta, a provázený
vyzářením fotonu rozptýleného záření o frekvenci νR (viz Obr. 1). Tento rozptylový efekt si
lze zjednodušeně představit jako současnou absorpci fotonu budícího záření molekulou, kdy
molekula přechází na virtuální energetickou hladinu, a emisi sekundárního fotonu, za splnění
podmínky zachování energie:
h R  h 0  E2  E1 
(1)
Existuje několik možností takto uskutečněného přechodu podle polohy virtuální
energetické hladiny vůči vlastním stavům molekuly (např. normální a resonanční Ramanův
jev).
Ramanův jev je možno popsat pomocí kvantové teorie, jeho základy je však možno
vystihnout i v klasickém přiblížení. V klasickém přiblížení platí pro molekulu interagující se
zářením, že v molekule je indukován dipólový moment p :
p   E cos 2 π ν 0 t  
1 
q E  cos 2 π ν 0  νvib  t   cos 2 π ν 0  ν vib  t 
2 q
(2)
kde ν0 je frekvence budícího záření, νvib je vibrační frekvence, E je vektor intenzity
elektrického pole dopadajícího záření, q jsou vnitřní souřadnice molekuly a α je
polarizovatelnost molekuly (polarizibilita, tj. míra „obtížnosti“, s níž se vychylují negativní
náboje elektrickým polem). Z rovnice (2) vyplývá, že molekula emituje záření s nezměněnou
frekvencí (ν0 - Rayleighův rozptyl
) a dále záření s frekvencemi (ν0 + νvib
)a
(ν0 - νvib
), které se souhrnně nazývají Ramanův rozptyl, při čemž nižší frekvence (ν0 νvib) odpovídá Stokesovu rozptylu, zatímco vyšší frekvence (ν0 + νvib) náleží anti-Stokesovu
rozptylu. Z rovnice je též zřejmé, že pro vznik Ramanovy linie je nutné, aby při daném
vibračním pohybu docházelo ke změně polarizovatelnosti, tedy aby

0
q
(3)
Pokud by změna polarizovatelnosti během vibračního pohybu byla nulová, zůstal by
v rovnici (2) nenulový pouze člen pro Rayleighův rozptyl. Rovnice (3) se označuje za
základní výběrové pravidlo pro Ramanovu spektrometrii, které je principiálně odlišné pro
pozorování vibračního modu v infračervené spektrometrii, kde touto základní podmínkou je
změna dipólového momentu během příslušného vibračního pohybu.
Pokud je daný vibrační mód aktivní v Ramanově spektru, bude pro něj principiálně
možné pozorovat dvě linie, a to symetricky rozložené kolem linie Rayleighova rozptylu – ve
Stokesově oblasti (νR = ν0 - νvib) a v anti-Stokesově oblasti (νR = ν0 + νvib). V řadě praktických
případů jsou však měřena spektra pouze v oblasti Stokesova rozptylu, a to s ohledem na
nutnost odfiltrovat Rayleighův rozptyl, jehož intenzita je zhruba 10 5-1012-krát vyšší než
intenzita běžných Ramanových linií.
Obr. 1 Schéma dvoufotonových přechodů
Ramanův a Rayleighův rozptyl při excitaci ve viditelné a blízké infračervené oblasti
↑ - značí excitaci, ↓ - značí emisi fotonu
Ramanova spektra stejně jako infračervená spektra poskytují informace o vibračních (a
rotačních) pohybech polyatomických částic (molekul, krystalů atd.). Frekvence normálních
vibračních modů závisí na hmotnostech zúčastněných atomů a na síle vazeb mezi nimi, tj. na
základních parametrech popisujících strukturu molekuly. Obecně vzato, identifikační
možnosti Ramanovy spektrometrie jsou srovnatelné s potenciálem infračervené spektrometrie.
Je třeba zdůraznit, že vibrační frekvence molekul jsou nezávislé na tom, zda je studujeme
infračervenou nebo Ramanovou spektroskopií, avšak intenzity spektrálních linií budou pro
obě spektroskopické techniky zřetelně odlišné. V Ramanově spektru je intenzita pásů
úměrná druhé mocnině změny polarizovatelnosti během vibračního pohybu (δα/δq) 2,
zatímco v infračerveném spektru je úměrná druhé mocnině změny dipólového
momentu. Přiřazení pásů jednotlivým vibračním modům se tak provádí podobně, jak je
obvyklé při interpretaci absorpčních spekter ve střední infračervené oblasti. Kombinované
tabulky charakteristických vibračních frekvencí funkčních skupin obsahují pro danou funkční
skupinu společný údaj o poloze pásu (vlnočtu, cm-1) a zvlášť údaje o intenzitě pásu
v infračerveném a v Ramanově spektru. Zatímco v infračervených spektrech jsou intenzivní
pásy pro vibrace s výraznou změnou dipólového momentu (vibrace polárních skupin, např. –
OH, -C=O, -NO2), intenzity pásů v Ramanových spektrech souvisejí se změnou
polarizovatelnosti (intenzivnější pásy jsou pro symetrické vibrace a vibrace ve fázi než pro
vibrace antisymetrické a v protifázi, obzvláště intenzivní jsou pásy vícenásobných
symetrických vazeb – např. -C≡C-, -C=C-, -N=N-). Vzhled infračervených a Ramanových
spekter je tak silně ovlivněn symetrií molekul (buněk krystalu) a symetrií jednotlivých
vibračních pohybů. (pozn. Polohy a intenzity vybraných charakteristických vibrací jsou pro
ilustraci shrnuty v příloze tohoto návodu).
Pro základní popis výhod a nevýhod mikrospektroskopické techniky je důležité si
uvědomit, že při minimalizaci měřené plochy vzorku klesne v důsledku menšího počtu
molekul intenzita měřeného signálu. Další problém představuje neideálnost optických
vlastností objektivů, kdy se část zářivého toku průchodem přes objektiv a ostatní optické
prvky ztrácí. Tento negativní efekt je pouze částečně kompenzován použitím
vysokovýkonného zdroje záření (laser). Možnost prostorově rozlišené mikroanalýzy však
spolehlivě převáží uvedené nevýhody. Použitím mikroskopických technik totiž můžeme
v běžné Ramanově spektroskopii dosáhnout i k analýze velmi malých množství vzorků,
konkrétně k velmi malému množství pevných látek (jednotlivé krystaly). Mikroanalýza
vzorku je významná technika poskytující informace o fyzikálně-chemických vlastnostech
specifické mikroskopické oblasti studovaného vzorku a může, při využití technik spektrálního
mapování či zobrazování, sloužit ke sledování distribuce analytu. To už je ale problematika,
která přesahuje náplň této laboratorní úlohy.
Povrchem zesílený Ramanův rozptyl (surface-enhanced Raman scattering – SERS) patří
mezi techniky objevené experimentálně bez předchozího teoretického odvození. Teoretický
popis tohoto jevu je i dnes poměrně komplikovaný a přesahuje možnosti tohoto návodu.
Zjednodušeně můžeme konstatovat, že schopnost či neschopnost určitého substrátu
zesilovat signál Ramanova rozptylu je dána fyzikálními vlastnostmi použitého kovu ale
i morfologií povrchu substrátu v nano- až mikroměřítku. Povrchové zesílení je z větší části
způsobeno interakcí laserového záření s povrchem vhodného kovu, následkem čehož dojde ke
kolektivní oscilaci elektronů ve vodivostním pásu (Povrchová plasmonová resonance – SPR).
Vybuzená povrchová plasmonová vlna pak vytváří pulsující energetické pole, které na vhodně
strukturovaném povrchu vystupuje nad úroveň substrátu, obklopuje molekulu analytu, která
se nachází v blízkosti povrchu, interaguje s jejími elektrony a zvyšuje tak jejich polarizaci.
Popis instrumentace
Pro Ramanovu spektrometrii se používají jak disperzní spektrometry, tak spektrometry
s Fourierovou transformací (FT). Hlavními součástmi spektrometru jsou: zdroj excitujícího
záření (laser), vzorkovací prostor (komora), sběrná optika, disperzní prvek (disperzní
spektrometry) / interferometr (FT spektrometry), detektor.
Pro Ramanovu spektrometrii lze využít jako zdroje záření různé typy laserů, které
pokrývají viditelnou (VIS) oblast, blízkou infračervenou (NIR) oblast, případně i
ultrafialovou (UV) oblast. U jednoduchých spektrometrů je k dispozici jeden laser, obvykle
pevnolátkový či diodový, pracující v kontinuálním nebo kvasikontinuálním režimu. U
vědeckých systémů jsou připraveny optické cesty pro několik laserů, umožňujících
přizpůsobit vlnovou délku excitace řešené problematice. Výhodou excitace v UV-VIS oblasti
je vyšší intenzita rozptylu (intenzita rozptylu klesá se čtvrtou mocninou vlnové délky
excitujícího záření), naopak zásadní nevýhodou jsou rizika velmi intenzivní fluorescence nebo
nežádoucích fotochemických reakcí. Tato rizika jsou dána polohou virtuální hladiny v oblasti
elektronově excitovaných hladin (obr. 1). Právě potlačení rizika nežádoucích fotochemických
a fotofyzikálních procesů je hlavní výhodou excitace Ramanova jevu v NIR oblasti, kdy
virtuální hladina je pod úrovní elektronově excitovaných stavů (obr. 1). NIR excitace však
vzhledem k nižší intenzitě rozptylu vyžaduje systémy o vysoké světelnosti a vysoce citlivé
(chlazené) detektory. Tok záření Ramanova rozptylu obecně též roste se zvyšujícím se tokem
excitujícího laserového záření, to znamená se zvyšujícím se výkonem laseru („laser power“).
Výkon laseru je však limitován riziky ohřevu vzorku, jeho rozkladu, příp. riziky dalších
nežádoucích fotochemických a fotofyzikálních procesů. Výkon laseru lze obvykle softwarově
nastavit a přizpůsobit jeho hodnotu vlastnostem vzorku, požadavkům na rychlost analýzy a na
hodnotu poměru signál/šum.
Důležitým aspektem umístění vzorku v kyvetovém prostoru je též možnost jeho
přesného polohování vůči excitujícímu paprsku a sběrné optice rozptýleného záření. Přístroje
jsou často vybaveny x-y-z polohovacím zařízením, ať již s manuálním ovládáním či
s krokovými motory s řízením pomocí joysticku, tlačítek či ovládacího softwaru. Zásadní je
především vzdálenost vzorku od sběrné optiky, tak aby rozptýlené záření bylo optimálně
soustředěno buď na vstupní štěrbinu dispersního Ramanova spektrometru, či na vstupní
aperturu Ramanova spektrometru s Fourierovou transformací, případně do sběrného
optického vlákna.
Pro potřeby této úlohy jsou v analytické laboratoři instalovány dva typy disperzních
Ramanových spektrometrů. Jedná se o přístroje Dimension-P2 Raman (Lambda Solutions,
USA) a DeltaNu Advantage NIR (). Oba spektrometry jsou vybaveny mikroskopickými
nástavci. K excitaci Ramanova rozptylu jsou v obou případech využity termoelektricky
chlazené diodové lasery, poskytující záření o vlnové délce 785 nm.
Obr. 2 Používané typy Ramanových spektrometrů (Dimension P2 – vlevo a DeltaNu
Advantage NIR – vpravo)
Postup práce
Analýza vzorku (typ: prášková směs)
Směsný vzorek podrobíme mikro-spektroskopické analýze, kdy se postupně zaměříme
vždy na jeden druh krystalu. Vzorek umístěte pod mikroskopický nástavec, dle pokynů
asistenta buď jako rovnoměrnou vrstvu či přímo ve vialce.
Pomocí optické kamery zaostřete excitační laserový paprsek na povrch krystalu a s
použitím předem optimalizovaných parametrů (výkon laseru, integrační čas, počet
opakování) změřte spektrum neznámé látky.
Stejný postup opakujte pro všechny typy krystalů, které identifikujete ve vzorku.
Analýza vzorku (typ: roztok o stopové koncentraci)
Při měření vzorků, kde rozpouštědlo mnohonásobně překračuje množství analytu můžeme
zkusit využít metodu povrchového zesílení signálu.
Při normálním měření získáme pouze spektrum rozpouštědla. Za normálních podmínek
bychom se mohli pokusit čisté spektrum rozpouštědla od měřeného odečíst
(kompenzovat), ale při stopových koncentracích by se výsledné odečtové spektrum
ztrácelo ve spektrálním šumu (interferenci) a bylo by neinterpretovatelné.
Pokud však vzorek smícháte s roztokem nanočástic, které se naučíte připravovat v
laboratoři přípravy nano a mikromateriálů, můžete se pokusit získat zesílená spektra
analytu, který se bude nacházet v blízkosti těchto nanočástic – a tedy tento identifikovat.
Kontrolní otázky
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Jaká je fyzikální podstata Ramanova rozptylu?
Jaké je základní výběrové pravidlo pro to, aby se vibrace projevila v Ramanově
spektru?
Jak se liší Stokesův a anti-Stokesův rozptyl?
Jaké dva základní typy konstrukce Ramanova spektrometru rozlišujeme?
Jaké zdroje záření se používají pro buzení Ramanova rozptylu?
Popište hlavní části disperzního Ramanova spektrometru.
Uveďte společné charakteristiky infračervené a Ramanovy spektroskopie, dále
v čem se metody liší a jak se doplňují.
Pozn. Uvedené otázky jsou pouze vzorové, v testu se můžete setkat s jinou formulací.
Příloha – Interpretace spekter
Frekvence jednotlivých vibračních modů jsou nezávislé na tom, zda je sledujeme pomocí
infračervené či Ramanovy spektrometrie. Odlišnosti v obou typech spekter jsou v intenzitách
pásů, které souvisejí s odlišnými výběrovými pravidly pro tyto dva typy vibrační
spektroskopie.
Níže uvedená Tabulka I udává přehled vybraných pásů významných typů látek s údaji
o relativních intenzitách v Ramanových spektrech.
Při hledání v tabulce se předpokládá postup od vyšších vlnočtů k nižším. V rubrice "Další
charakteristický pás" je uvedena oblast, ve které se musí vyskytovat spektrální pás (či více
pásů) charakteristický pro danou funkční skupinu. V některých případech je odkaz na širší
oblast, která je rozdělena na dílčí podoblasti například s ohledem na vliv okolních skupin,
větvení skeletu apod. Pokud odkaz na další vlnočet (vlnočtový interval) uveden není, je tím
seznam typických pásů významných pro charakterizaci dané funkční skupiny vyčerpán.
V případech, kdy se v dané oblasti překrývají pásy více funkčních skupin, je samozřejmě
nutné zkoumat všechny možnosti, které pro přiřazení přicházejí v úvahu. Je třeba zvažovat
vzájemné překryvy pásů a brát v potaz zastoupení různých funkčních skupin v molekule.
Jestliže je daná funkční skupina málo zastoupená v molekule, veškeré její pásy budou slabší
vůči dominantnímu typu skeletu či převažujícímu typu funkční skupiny.
Tabulka I byla sestavena na základě údajů převzatých z níže uvedených publikací. Při
sestavování byl brán zřetel na významné typy funkčních skupin resp. hlavní typy skeletu
organických molekul a řada detailních informací byla vynechána. Tato tabulka není určena
pro detailní interpretaci Ramanových spekter, jejím účelem je shrnutí pouze základních
charakteristik důležitých pro výuku principů Ramanovy spektroskopie, a to však nejen
v rámci uvedené laboratorní úlohy.
1/ G. Socrates: Infrared and Raman Characteristic Group Frequencies, J.Wiley,
Chichester Third Edition 2001.
2/ N. P. G. Roeges: A Guide to the Complete Interpretation of Infrared Spectra of Organic
Structures, J.Wiley, Chichester 1993.
3/ Spectool for Windows 2.1, A Hypermedia Book for Structure Elucidation of Organic
Compounds with Spectroscopic Methods, Chemical Concepts, Weinheim 1994.
Tabulka I: Vlnočty charakteristických vibrací některých vazeb a skupin v Ramanových
spektrech
Vlnočet, cm
1
Intenzita
Přiřazení
Funkční skupina
Další charakteristický pás
voda – v organickém rozpouštědle
3760-3580
vw-w
νas(H2O)
H 2O
3640-3500
3640-3500
w-m, br
νs (H2O)
H 2O
1640-1605
vw
δ(H2O)
H 2O
-
1640-1605
voda – krystalová, rozpouštědlo
3600-3100
m,br
ν(OH)
H 2O
1645-1615
1645-1600
v
δ(H2O)
H 2O ,
-
vw-w,
ν(OH)
-OH, izolované
1420-1260
alkoholy, fenoly
3670-3580
– bez vlivu vodíkových můstků, úzký
3600-3400
vw
ν(OH)
-OH, intramol. H-vazba
1440-1300
– významný vliv intramolekulárních vodíkových můstků,
vlnočet koncentračně nezávislý, širší než pro izolované –OH, užší než
v případě intermolekulárních můstků
3600-3150
vw-w,br ν(OH) -OH, pevné či kapal. l.
1440-1290
– významný vliv intermolekulárních vodíkových můstků ,
vlnočet s rostoucí koncentrací klesá
3200-2500
w, br
ν(OH) -OH, pevné či kapal. l
.
1440-1290
- chelatovaná –OH skupina
1440-1310
m-w
δ(COH)
terc.-OH, Ar-OH
1260-1100
1150-1000
(pozor na překryv pásů)
1400-1260
m-w
δ(COH)
ROH, R2OH, (prim. a sek.)
1260-1170
m-w
ν(CO)
Ar-OH
1215-1100
m-s
ν(CO)
R3C-OH, (terc.)
800-750
1150-1070
s-m
ν(CO)
R2CH-OH, (sekund.)
900-800
-
1090-1000
s-m
ν(CO)
R-OH, (primar.)
900-800
900-800
s-m
ν(CCO)
R-OH, (primar.)
-
900-800
s
ν(CCO)
R-OH, (sekund.)
-
800-750
s
δ (CO)
R3C-OH, (terc.)
-
karboxylové kyseliny – nedisociovaná forma, izolované molekuly
3580-3500
vw
ν(OH) -COOH, monomer
1800-1740
neasociované molekuly
1800-1740
w-m
ν(C=O)
-COOH, monomerní
1380-1280
1380-1280
m-w
δ(OH)
-COOH, monomerní
1190-1075
1190-1075
w
ν(CO)
-COOH, monomerní forma -
karboxylové kyseliny – nedisociovaná forma, asociované molekuly
3200-2230
vw-w, br ν(OH) -COOH, dimerní, asoc.
vlnočet s rostoucí koncentrací klesá,
1725-1700
w-m
ν(C=O)
1725-1700
intermol. H-vazba
-COOH, dimerní forma
1440-1395
1725-1700 – nasycené kys.,
1710-1680 – nenasycené a Ar kys.
1440-1395
w-m
δ(OH)+ ν(CO) -COOH, dimerní forma
1320-1210
1320-1210
v (m-s)
ν(CO)
970-875
-COOH, dimerní forma
dimerní forma, někdy dublet
970- 875
m,br
γ(OH)
-COOH, dimerní forma
-
karboxylové kyseliny – disociovaná forma (anion), asociované molekuly
1655-1540
w
νas(COO- )
1440-1335
m-s
νs(COO )
-
-COO-
-COO
1440-1335
-
širší pás s raménky (dva až tří píky)
aminy – primární
3550-3280
m-w
νas(NH2)
vlnočet s rostoucí koncentrací klesá,
-NH2
intermol. H-vazba,
3450-3160
vliv menší než u –OH
širší pás v případě chemicky čisté látky v kondenzované fázi
3450-3160
vw-w
νs(NH2)
vlnočet s rostoucí koncentrací klesá,
-NH2
intermol. H-vazba,
1650-1580
vliv menší než u –OH
širší pás v případě chemicky čisté látky v kondenzované fázi
1650-1580
w
δ(NH2)
-NH2
Ar: 1360-1240
R : 1295-1145
1360-1240
m-w
ν(CN)
ArNH2
1120-1020
1295-1145
m-w
ρ(NH2)
RNH2, často překryv pásů
1240-1020
1240-1020
m-s
ν(CN)
RNH2, často překryv pásů
-
1120-1020
m-w
ρ(NH2)
ArNH2, často překryv pásů
1120-1020
3500-3300
w
ν(NH)
-NH-
1580-1490
1580-1490
w
δ(NH)
-NH -
R: 1190-1170
aminy – sekundární
pro ArNH riziko překryvů
Ar:1360-1250
1360-1250
m-w
ν(CN)
Ar2NH, Ar-NH-R
1280-1180
1280-1180
m-w
ν(CRN)
Ar-NH-R
-
1190-1170
m
νas(CNC)
R2NH
1145-1130
1145-1130
m-w
νs(CNC)
R2NH
1145-1130
750- 700
w,br
ω(NH)
-NH-
-
m-w
ν as(NH2)
-CO-NH2
3420-3180
amidy - primární
3540-3320
nižší vlnočet při vlivu H-vazby, širší pás v případě chemicky čisté látky v kondenzované fázi
3420-3180
m-w
νs(NH2)
-CO-NH2
1690-1640
nižší vlnočet při vlivu H-vazby, širší pás v případě chemicky čisté látky v kondenzované fázi
1690-1640
m-w
ν(C=O)
-CO-NH2, amid I
1640-1590
1640-1590
w-m
δ(NH2)
-CO-NH2, amid II
1420-1400
1420-1400
m
ν(CN)
-CO-NH2, amid III
1170-1130
1170-1130
vw
ρ(NH2)
-CO-NH2, nezřetelný
600-550
600- 550
m
δ(N-C=O)
-CO-NH2
-
m-w
ν(NH)
-CO-NH-, trans
1700-1665, 3100-3070
amidy - sekundární
3460-3270
širší pás v případě chemicky čisté látky v kondenzované fázi
3180-3140
m-w
ν(NH)
-CO-NH-, cis
1700-1630
3100-3070
vw
svrchní tón
-CO-NH-, trans
1700-1665
od amid.p.II, velmi slabý, často nezřetelný
1700-1630
w-m
ν (C=O)
-CO-NH-, amid I
1570-1510
1570-1510
m-w
δ(NH)
-CO-NH-, amid II
1305-1200
1350-1310
s
ν(CN)
-CO-NH-, amid III, cis
820-780
1305-1200
s
ν(CN)
-CO-NH-, amid III, trans
770-620
obvykle okolo 1260 cm-1
820-780
m-s,br
γ(NH)
-NH-CO-, cis
-
770- 620
w,br
γ(NH)
-NH-CO-, trans
-
1670-1630
w-m
ν(C=O)
-CO-N<
870-700
870-700
s
νas(C-N-C)
-CO-N<C
620-570
620-570
m
δ(N-C=O)
-CO-N<C
-
amidy - terciární
alkyny (alkiny) – alkylacetylény
3340-3280
w-m
ν(CH)
-C≡C-H
2150-2100
2150-2100
s-m
ν(C≡C)
-C≡C-H
1020-905
1020-905
w-m
ν (C-C≡C)
H-C≡C-C
370-220
370-220
w-m
δ(-C≡C-H)
-C≡C-H
-
alkyny (alkiny) – dialkylacetylény
2260-2190
vs-s
ν(C≡C)
u symetrické molekuly vs
-C≡Cněkdy doprovázen pásem okolo 2310 cm-1
alkeny – vinyl a vinyliden deriváty (koncová dvojná vazba)
3120-3050
m
ν as(CH2)
>C=CH2
3050-2960
3050-2960
m
ν s(CH2)
>C=CH2
1685-1620
1685-1620
s
ν(C=C)
>C=CH2
1440-1360
1440-1360
m-s
δ(CH2)
>C=CH2
1320-1250
pozor na překryvy pásů
1320-1250
m-w
δ(CH)
>C=CH2
1180-1010
1180-1010
m
δ (CH)
>CH=CH2
980- 810
980- 810
w
γ(CH)
>CH=CH2
-
alkeny, cykloalkeny a jejich deriváty – (vnitřní dvojná vazba, dvojné vazby)
m
ν(CH)
=CH-
1685-1620
s-vs
ν(C=C)
>C=C<,izolované
1440-1190
1660-1580
s-m
ν(C=C)
-C=C, konjugované
1440-1190
3060-2995
poloha pásu klesá se stupněm konjugace,
1440-1340
s-m
ν(C=C)
cyklické, více C=C vazeb
izolované: 1685-1620
konjugované: 1660-1580
konjugace s C=C, Ar, C=O
-
vibrace nenasycených kruhů
1350-1340
w
δ(CH)
>C=CH-, trisub.
850-790
1350-1260
w-vw
δ(CH)
-HC=CH-, trans
1000- 910
1295-1190
s-m
ρ(CH)
-HC=CH-,cis
980- 880
1000- 910
m
γ(CH)
R-CH=CH-R, trans
630- 430
980- 880
m
γ(CH)
R-CH=CH-R, cis
730- 660
850- 790
w
γ(CH)
RR'>C=CH-R''
-
730- 660
w
γ(CH)
R-CH=CH-R, cis
-
630- 430
w
γ(CH) δ(CH) R-CH=CH-R, trans
-
ν(CH)
1630-1590
aromatické uhlovodíky
3105-3000
m-s
Ar
několik pásů, počet klesá s růstem substituce jádra
1630-1590
m-s
pro Ar-NO2 deriváty 1. maximum i nad 3105
ν(C=C)
Ar, obvykle 1600
1590-1575
1590-1575
v
ν(C=C)
Ar,
1525-1470
1525-1470
w
ν(C=C)
Ar, obvykle okolo 1490
1470-1425
1470-1425
w
ν(C=C)
Ar
1290- 990
interval závisí na typu subst.,
pro Ar, 1,2,4,5-tetrasubstit., penta- a hexasub.přímý odkaz do oblastí v celkovém intervalu 575- 385
m
m
w
m
m-s
m-s
m-vs
vs
δ(CH)
δ(CH)
δ(CH)
δ(CH)
δ(CH)
δ(CH)
δ(CH)
δ(CH)
880- 790
s
800- 660
1290-1130
1270-1220
1190-1070
1170-1120
1150-1030
1140-1020
1050-990
1025-990
γ(CH)
Ar, 1,4-disubstit.
Ar, 1,2,4-trisubstit.
Ar, 1,2,3,4-tetrasubstit.
Ar, 1,2,3,5-tetrasubstit.
Ar, 1,2,3-trisubstit.
Ar, 1,2-disubstit.
Ar, monosubstit.
Ar, 1,3-disubstit.,
Ar, 1,3,5-trisubstit.
Ar, 1,4-disubstit.
880- 790
680- 610
585- 565
580- 505
670- 500
790-650
710-605
800-660
535-495
-
m-s
γ(CH)γ(CC)
Ar, 1,3-disubstit.
-
790- 650
s
γ(CH)γ(CC)
Ar, 1,2-disubstit.
590- 510
710- 605
m-w
γ(CC),γ(CH)Ar, monosubstit.
-
680- 610
m-s
γ(CC)
Ar, 1,2,4-trisubstit.
-
670- 500
s
γ(CC)
Ar, 1,2,3-trisubstit.
-
590- 510
m-s
γ(CC)
Ar, 1,2-disubstit.
-
585- 565
s
γ(CC)
Ar, 1,2,3,4-tetrasubstit.
-
580- 505
v
γ(CC)
Ar, 1,2,3,5-tetrasubstit.
-
575- 545
s-vs
γ(CC)
Ar, pentasubstit.
-
535- 495
m-s
γ(CC)
Ar, 1,3,5-trisubstit.
280- 250
470- 420
s-m
γ(CC)
Ar, 1,2,4,5-tetrasubstit.
-
415- 385
s-m
γ(CC)
Ar, hexasubstit.
-
280- 250
m-s
γ(CC)
Ar, 1,3,5-trisubstit.
-
alkany, alkylové řetězce
2995-2940
m
νas(CH3)
-CH3
2895-2840
2955-2915
m
ν as(CH2)
-CH2-
2880-2835
2895-2840
m-s
νs(CH3)
-CH3
2880-2830
m-s
νs(CH2)
-CH2-
1480-1385
1480-1440
w-m
δ(CH2)
-(C)-CH2, -(O)-CH2-
1305-1295
(může se překrývat s pásem Ar, -CH3)
1470-1385
(odkaz platí pouze pro –(CH2)nn>2)
1470-1440
m
δd(CH3)
-(C)-CH3, -(O)-CH3
1395-1345
(může se překrývat s pásem Ar, -CH2-)
1450-1390
w
δd(CH3)
CH3-(C=O)-O-, CH3-N<,
1385-1300
CH3-(C=O)-C-, CH3-(S=O)-C1445-1385
m
δ(CH2)
- CH2-X, X:-(C=O)-,
785-720
-COOR, -C=C-, -C≡C-, Ar, -CN, NO2, Cl, Br
1395-1345
w-m
δs(CH3)
CH3-(C)-,CH3-(O)-
1255-1130
dublet typický pro rozvětvení
(odkaz platí
pouze pro dublet)
1385-1330
w-m
δs(CH3)
CH3-(C=O)-, CH3-(C=O)-O-
-
1370-1310
w-m
δs(CH3)
CH3-(N<)
-
1360-1320
w
δ(CH)
-C-H, nasyc.
-
1340-1300
w
δs(CH3)
CH3-(S=O)-C-
-
1305-1295
m
δ(CH2)
–(CH2)n-
1100-1040
n>2, intenzita roste s n
1255-1245
m
ν(CC)
-C(CH3)3
1225-1165
1225-1165
m
ν(CC)
-C(CH3)3
1020- 980
1175-1165
w
ν(CC)
-CH(CH3)2
1150-1130
1150-1130
w
-CH(CH3)2
955- 900
1100-1040
m-s
ν(CCC)
–(CH2)n-
900-800
1020- 980
m-s
ν(CC)
-C(CH3)3
930- 925
930- 925
m
-C(CH3)3
360-270
955- 900
m
ν(CC), δ(CCH) -CH(CH3)2
840-790
900-800
m-s
skeletální
–(CH2)n-
750-720
840- 790
m
skeletální
-CH(CH3)2
495-490
785- 750
vw
ρ(CH2)
-CH2-CHx, x≠2
-
750- 735
vw
ρ(CH2)
propyl, (CH2)n-(O)-, n>4
-
735- 720
vw
ρ(CH2)
(CH2)n-(C)-, n>3
-
495-490
m
skeletální
-CH(CH3)2
-
360- 270
m
-C(CH3)3
-
-CHO
2745-2650
aldehydy
2850-2800
w
ν(CH)
někdy raménko pásu pod 2745 cm
2745-2650
s-m
ν(CH) -CHO
-1
1745-1650
efekt Fermiho resonance
1745-1650
w-m
ν(C=O)
-CHO
1440-1325
1440-1325
s-m
vyšší hodnota vlnočtu pro nasycené alifatické aldehydy
hodnota vlnočtu se snižuje vlivem konjugace C=O vazby
s C=C, Ar apod. v okolí
δ(CH)
-CHO
975-780
975- 780
m
γ(CH)
-CHO
-
2600-2520
s
ν(SH)
-SH
750-570
750- 570
s
ν(CS)
-C-SH
410-200
410-200
v
δ(CS)
-C-SH
-
2460-2100
m-w
ν(PH)
-PH
1150-965
1150-965
m-w
δ(PH)
-PH
-
2295-2250
w
νas(N=C=O)
-N=C=O,
1460-1340
1460-1340
s
νs(N=C=O)
-N=C=O
650-580
650-580
w
δ(N=C=O)
-N=C=O
-
thioly
fosfiny
isokyanáty
nitrily
2270-2200
390-340
s
ν(C≡N)
-C≡N
390-340
velmi úzký pás
odkaz platí pouze pro alifatické nitrily
s
δ (C-C≡N)
-C-C≡N
200-160
skeletální
-C-C≡N
-
ν(C≡N)
-S-C≡N
1090-925
200-160
thiokyanáty
2185-2135
m-s
velmi úzký pás
1090-925
m-s
νs(S-C≡N)
-S-C≡N
700-670
700-670
s
νas(-C-S-C)
-C-S-C≡N
660-610
660-610
s
νs(-C-S-C)
-C-S-C≡N
-
2150-1990
m,br
νas(N=C≡S)
-N=C=S
1250-925
1250-925
s
νs(N=C≡S)
-N=C=S
690-650
690-650
s
δs(N=C≡S)
-N=C=S
-
1840-1770
m-w
ν(C=O)
β,γ-laktony
1370-1160
1370-1160
w
ν(CO)
β,γ-laktony
-
1800-1750
m-w
ν(C=O)
vinyl a fenylestery
1310-1250
1750-1720
m-w
ν(C=O)
nasycené estery
1300-1150
1740-1705
m-w
ν(C=O)
-CO-O-, α,β-nenas. estery
1335-1250
1730-1705
m-w
ν(C=O)
Ar-CO-O-R, estery aromátů 1330-1250
1335-1250
m-s
νas(COC)
-CO-O-, α,β-nenas. estery,
isothiokyanáty
β,γ- laktony
estery
pás širší než u ketonů
1200-1130
1330-1250
m-s
νas(COC)
Ar-CO-O-R, širší než u ketonů 1150-1080
1300-1150
m-s
νas(COC)
R-CO-O-R, nasyc.
1160-1050
-
1200-1130
w
νs(COC)
(obvykle širší než u ketonů)
R-CO-O-R', α,β-nenasyc.
1200-1180
m-s
νas(COC)
HCOOR
1165-1050
1165-1100
w
νs(COC)
HCOOR
775-620
1160-1050
w
νs(COC)
R-CO-O-R', nasyc.
-
1150-1080
w
νs(COC)
Ar-CO-O-R
-
775- 620
m
δ(OCO)
HCOOR
-
1750-1690
m
ν(C=O)
R-CO-R,' nasycené ketony
1325-1175
1705-1650
m-w
ν(C=O)
ArCO-, α,β-nenas. ketony
1320-1280
1325-1175
m-w
ν(CC)
R-CO-R'
1170-1095
1320-1280
m
δ(C-CO-C)
(často obtížně rozpoznatelný)
Ar-CO-Ar(-R),
1225-1075
ketony
obecně několik pásů
1225-1075
m
ν(CArC)
Ar-CO-
1170-1095
m-w
νas(CC(=O)C) R-CO-R',
800-700
několik pásů při delších řetězcích
800-700
m-s
νs(CC(=O)C) R-CO-R'
630-580
630-580
s-m
δ(CC(=O)C)
R-CO-R'
-
1570-1485
m-w
νas(NO2)
-NO2
1385-1315
1385-1315
s-vs
νs(NO2)
-NO2
1180-850
1180- 850
s-m
ν(CN)
-C-NO2
-
nitrosloučeniny
------------------------------------------------------------------------------------------------
Poznámka:
(1)
Valenční vibrace νas(CH3) by měla být správně označena νd(CH3). Označení νas se však
běžně používá, a bylo proto zachováno i v této tabulce.
Použité zkratky:
Intenzita: vs - velmi silná, s - silná, m - střední, w - slabá, vw – velmi slabá, v - proměnná, br - široký
pás, sh - raménko (anglicky shoulder).
Popis vibračních kmitů: ν - valenční, δ - deformační, γ - mimorovinný, ω - kývavý (anglicky wagging), ρ
- kolébavý (angl. rocking), as - antisymetrický, s - symetrický, d - degenerovaný,
amid I - III - označení amidických pásů I - III, vystihující silné spřažení vibrací v amidech, komb.p. kombinační pásy. R - alkyl, Ar - aryl.